Identificazione di materiali ad alto Z con l'utilizzo di raggi cosmici

La superficie terrestre è costantemente colpita dai raggi cosmici con un rate di circa 10000 particelle al minuto al metro quadrato. La componente principale della radiazione cosmica al livello del mare è costituita dai muoni, particelle penetranti simili agli elettroni, ma molto più massivi. Questa radiazione naturale ed innocua può essere utilizzata per sondare l'interno di volumi come grandi strutture e container. Le prime applicazioni di questo tipo si basavano sul principio dell'assorbimento dei muoni nella materia: un esperimento molto affascinante fu quello realizzato dal premio Nobel L.W. Alvarez negli anni '70, il quale eseguì una sorta di radiografia della piramide di Chefren per ricercare eventuali camere segrete, senza però trovarne. Recentemente, è stato proposto di utilizzare un altro fenomeno fisico, ovvero la deviazione dalla traiettoria rettilinea delle particelle cariche nel passaggio attraverso la materia (Multiplo Scattering coulombiano). Questa deviazione è stocastica ed è tanto maggiore quanto è più grande il numero atomico Z del materiale attraversato: lo scopo futuro è infatti quello di utilizzare questa tecnica per scovare materiali nucleari (uranio, plutonio) nascosti all'interno di veicoli e container e schermati generalmente da piombo. Utilizzando un set sperimentale appropriato (composto da quattro camere RPC, due per misurare la traccia entrante e due per quella uscente della particella) ed un grande numero di raggi cosmici analizzati, è stata valutata la risposta fornita da blocchi di materiale e spessore diversi, concentrandosi in particolare sul ferro e sul piombo. Sono stati utilizzati anche dati simulati, per mezzo del software GEANT3. I dati ottenuti sono stati elaborati ed analizzati con opportuni algoritmi: i risultati finali dimostrano l'efficacia della tecnica e la possibilità di distinguere quasi completamente il piombo dal ferro. Oltre al test effettuato sul volume piccolo disponibile in laboratorio, è stato simulato un volume più grande, adatto all'ispezione di veicoli, con il quale sono stati effettuati degli studi sulla distanza tra le camere, sulla larghezza delle strip di lettura delle RPC e sui tempi di esposizione. Anche in questo caso si verifica che è possibile discriminare quasi completamente il piombo dal ferro, anche per brevi tempi di esposizione. Gli studi effettuati dimostrano che le RPC sono semplici ed efficienti detector che soddisfano pienamente le richieste per l'identificazione dei materiali ad alto Z per mezzo del Multiplo Scattering dei muoni cosmici. I risultati ottenuti sono incoraggianti e ci sono tutti i margini per un ulteriore miglioramento, sia nella rivelazione che nella tecnica di ricostruzione.